Fabrication of [001] Textured KSr2Nb5O15(KSN) Piezoelectric Ceramics in Fiber Form by a Combination of Novel Alginate Gelation Method and Templated Grain Growth and their Electrical Characterization

Year 2014, Volume: 14 Issue: 3, 49 - 54, 01.12.2014

Sinan Dursun Ebru Menşur Alkoy Sedat Alkoy

Abstract

[001]-oriented textured KSr2Nb5O15 ceramic fibers were fabricated by a combination of novel alginate gelation method and templated grain growth. Needle like KSr2Nb5O15 template particles were used for this process. Fibers were drawn from alginate based slurries without or with 10 wt% KSN template particles. A texture fraction up to 0.95 was obtained in the case of 10 wt%. Piezocomposites with 1-3 connectivity were prepared from the KSN fibers and their electrical and electromechanical properties were investigated. Highly enhanced properties were observed with increasing texture fraction such as, piezoelectric charge coefficient of up to 75 pC/N and remnant polarization of ~20 µC/cm2. © Afyon Kocatepe Üniversitesi 1. GirişÜç boyutta sürekli bir polimer içerisine gömülen piezoelektrik seramik fiberler ile oluşturulan 1–3 bağlantılı piezoelektrik seramiklerin kullanıldığı uygulamaların piezoelektrik bileşen olarak yüksek piezo/dielektrik özelliklerinden kullanılmaktadır (Newnham, 2004). Fakat kurşunlu bileşiklerin en önemli ve en temel problemi kurşunun çevreye ve sağlığa ciddi zararları olan en önemli nörotoksin olmasıdır. Bu nedenden dolayı kurşun içeren tüm ürünlerin her türlü temel çözüm; bu malzemelerin tanelerinin tercihli uygulamadakullanımı kısıtlanmaktadır (Rödel et al. olarak belirli doğrultularda yönlendirilmesi

Keywords

Textured fibers; Alginate gelation; Templated grain growth; Tetragonal tungsten bronze

KSr2Nb5O15(KSN)Piezoelektrik Seramiğinin Alginate Jelleşmesi ve Şablonlu Tane Büyütme Yöntemleriyle Fiber Formda [001] Kristalografik Doğrultuda Dokulu Olarak Üretilmesi ve Elektriksel Karakterizasyonu

Abstract

[001]-Yönlendirilmiş KSr2Nb5O15 (KSN) dokulu seramik fiberler şablonlu tane büyütme ve yeni alginate
jelleşme metodunun birlikte kullanılması ile üretilmiştir. Bu işlemde iğnesel KSr2Nb5O15 şablon
parçacıkları kullanılmıştır. Fiberler şablonsuz ve ağırlıkça % 10 şablon içeren alginat esaslı asıltıdan
çekilmiştir. % 10 şablon içeren fiberlerin doku oranları 0.95 ye kadar ulaşmıştır. Üretilen KSN fiberlerden
hazırlanan 1–3 bağlantılı piezokompozitlerin elektriksel ve elektromekaniksel özellikleri araştırılmıştır.
Kompozitlerin doku kesrinin artmasıyla birlikte özelliklerin de artığı görülmüştür. Örneğin, piezoelektrik
yük katsayısının 75 pC/N, kalıcı polarizasyonunun ~20 µC/cm2 ye kadar ulaştığı belirlenmiştir.

Keywords

Dokulu fiberler, Alginate jelleşmesi, Şablonlu tane büyümesi, Tetragonal tungsten bronz

References

• Alkoy S., Yanık H., Yapar B., 2007. Fabrication of Lead Zirconate Titanate Ceramic Fibers by Gelation of Sodium Alginate, Ceramics International, 33, 389– 394.
• Alkoy S. and Duran C., 2008. Electrical Properties of Textured Potassium Strontium Niobate (KSr2Nb5O15) Ceramics Fabricated by Reactive Templated Grain Growth. Journal of American Ceramic Society, 91 [5], 1597-1602.
• Alkoy S., Dursun S., 2012. Processing and Properties of Textured Potassium Strontium Niobate (KSr2Nb5O15) Ceramic Fibers – Texture Development. Journal of American Ceramic Society, 95 [3], 937–945.
• Dursun, S., 2011. Kurşun içermeyen tungsten bronz yapılı ferroelektrik seramik fiberlerde doku oluşumu ve 1-3 kompozitlerin elektriksel karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Gebze, 150s.
• Mensur-Alkoy E., 2010. Field-Induced Recoverable Strain Behavior of CuO-Added K0.5Na0.5NbO3 Ceramics and 1–3 Fiber/Epoxy Piezocomposites. Journal of Applied Physics, 108, 094104.
• Neurgaonkar R. R., Cory W. K., Oliver J. R., Sharp E. J., Wood G. L., ve Salamo G. J., 1993. Growth and Optical Properties of Ferroelectric Tungsten Bronze Crystals, Ferroelectrics, 142, 167–188.
• Neurgaonkar R. R., Oliver J. R., Cory W. K., Cross L. E. and Viehland D., 1994. Piezoelectricity in Tungsten Bronze Crystals. Ferroelectrics, 160, 265–276.
• Newnham R.E., 2004. Fifty Years of Ferroelectrics, Proc. IEEE International Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control Joint 50th Anniversary Conference, Montreal, Kanada, pp. 1-6.
• Rödel J., Jo W., Seifert K. T. P., 2009. Eva-Maria Anton, and Granzow T., Perspective on the Development of Lead-free Piezoceramics. Journal of the American Ceramic Society, 92 [6], 1153- 1177.
• Saito Y., Takao H., Tani T., Nonoyama T., Takatori K., Homma T., Nagaya T. and Nakamura M., 2004. Lead- free piezoceramics. Nature, 432, 84–87.
• Seabaugh M. M., Messing G. L. and Vaudin M. D., 2000. Texture development and microstructure evolution in liquid-phase-sintered α-Alumina ceramics prepared by templated grain growth. Journal of American Ceramic Society, 83 [12], 3109-16.
• Shrout T. R., and Zhang S. J., 2007. Lead-Free Piezoelectric Ceramics: Alternatives for PZT?. Journal of Electroceramics, 19, 111–24.
• Vaudin M. D., 2000. Texture in electronic applications introductions and overview. Introduction and Overview NIST, 10th October.